CN113574340B - 基板处理方法以及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的基板处理方法具有：在第一处理部中对在表面形成有凹凸图案的基板实施湿式处理(步骤S104)之后，以包括有机溶剂的液膜覆盖基板的表面，使该液膜的至少表面凝固而形成凝固膜的工序(步骤S105)；将由凝固膜覆盖的基板向第二处理部搬运的工序(步骤S106、S107)；在第二处理部中向凝固膜供给溶解液，来溶解凝固膜，从基板的表面去除溶解液而使基板干燥的工序(步骤S108)。既能够可靠地防止形成于基板的表面的凹凸图案的崩塌，又能够确保处理单元间的搬运的容易度。

Description

基板处理方法以及基板处理装置
技术领域
本发明是涉及包括对在表面形成有凹凸图案的基板实施湿式处理后使其干燥的过程的基板处理方法、以及执行该基板处理方法的基板处理装置。
背景技术
已知在通过液体对在表面形成有微细的凹凸图案的基板进行湿式处理(例如清洗处理)之后使基板干燥的基板处理技术中，在干燥处理中，存在因残留于图案内的液体的表面张力的作用所导致的图案崩塌的问题。为解决该问题，存在如下现有技术：将液体置换为具有更低的表面张力的流体后使其干燥。作为表面张力极低的流体，有使用了例如液体二氧化碳的流体(例如，参照专利文献1)。
另外，作为其他的现有技术，有升华干燥技术。在该技术中，在湿式处理后的基板表面形成有基于液状的升华性物质的液膜后使其冷却并凝固。然后，通过使凝固的升华性物质升华，而不会产生成为图案崩塌的原因的气液界面(例如，参照专利文献2)。
在所述现有技术中，用于在基板表面形成液膜的处理单元和用于使基板干燥的处理单元是分体的。因此，设置有用于在所述单元的间搬运基板的搬运机构。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2013-201302号公报
专利文献2：日本特开2012-243869号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的现有技术中，需要一边维持形成于表面的液膜一面搬运基板。因此，必须始终将基板保持为水平姿势，另外，搬运速度也必须较低。然而，有因搬运时的振动导致液体的流出或因蒸发导致基板表面露出的可能性，该情况为图案崩塌的原因。
对此，于专利文献2所记载的现有技术中，在由凝固的升华性物质覆盖基板表面的状态下进行搬运，因此，搬运时的制约更少。然而，因图案的进一步微细化，可能产生以该技术无法应对的问题。其理由如下所述。
一般而言，作为液体的凝固点可知的物性值是液体处于自由空间或较大的空间时的值。另一方面，在进入例如纳米级那样的微细的空间的液体中，有该凝固点比上述一般的数值大幅地下降的现象。因此，只要未充分地降低冷却温度且未施加较长的冷却时间，则浸透于微细的图案内部的液体不会充分地固化而以液状的状态残留。由此，搬运后的升华干燥处理过程实际为经由液相而非“升华”的过程，从而有可能产生气液界面而使图案崩塌。
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供一种技术，对在表面形成有凹凸图案的基板实施了湿式处理之后使其干燥的基板处理技术中，既能够确保处理单元间的搬运的容易度，又能够可靠地防止图案崩塌。
解决问题的技术手段
为实现上述目的，本发明的基板处理方法的一实施方式具有：在第一处理部中对在表面形成有凹凸图案的基板实施湿式处理之后，以包括有机溶剂的液膜覆盖所述基板的表面的工序；使所述液膜的至少表面凝固而形成凝固膜的工序；将由所述凝固膜覆盖的所述基板向第二处理部搬运的工序；在所述第二处理部中向所述凝固膜供给溶解液，来溶解所述凝固膜的工序；以及从所述基板的表面去除所述溶解液而使所述基板干燥的工序。
另外，为实现上述目的，本发明的基板处理装置的一实施方式，具有：第一处理部，对在表面形成有凹凸图案的基板执行湿式处理、由液膜覆盖所述基板的表面的处理、以及冷却至比构成所述液膜的液体的凝固点更低的温度而使所述液膜凝固以转换为凝固膜的处理；第二处理部，接受形成有所述凝固膜的所述基板，执行向所述凝固膜供给溶解液而使所述凝固膜溶解的处理、以及从所述基板的表面去除所述溶解液而使所述基板干燥的处理；以及搬运机构，从所述第一处理部向所述第二处理部搬运形成有所述凝固膜的所述基板。
在这样构成的发明中，基板从第一处理部向第二处理部的搬运在基板表面由凝固膜覆盖的状态下执行。因此，在搬运中液体从基板表面流失或蒸发所引起的基板表面的露出的可能性非常低。因此，基板的搬运比较容易。
并且，在搬运基板的第二处理部中，通过在以溶解液溶解凝固膜后去除溶解液而使基板干燥。因此，与使凝固膜直接升华的升华干燥技术不同，进入图案内部的液体未固化，故未成为图案崩塌的原因。即，根据本发明，即使为微细的图案，也能够防止其崩塌。
若考虑后续工序中的利用其他流体置换的容易度，则优选图案内部的液体未固化的方式。为了便于搬运，只要凝固液膜的表面部分足矣。因此，液膜的冷却所需的能量及时间也可较少。即，可以说本发明从能量效率及处理能力的观点而言，也是具有优良的作用效果。
发明的效果
如上所述，在本发明中，在对在表面形成有凹凸图案的基板实施湿式处理之后使其干燥的基板处理技术中，能够确保基板的搬运的容易度，而且，即使为微细的图案，也能够可靠地防止其崩塌。
本发明的上述和其他目的以及新颖的特征将通过参照附图阅读以下详细说明而变得更加清楚。但是，附图是专门用于解说的，并不限定本发明的范围。
附图说明
图1A是示出本发明的基板处理装置的一实施方式的概略结构的图。
图1B是示出本发明的基板处理装置的一实施方式的概略结构的图。
图2是示出中心机械手的结构及设置环境的图。
图3A是示出执行湿式处理的基板处理单元的图。
图3B是示出执行湿式处理的基板处理单元的图。
图3C是示出执行湿式处理的基板处理单元的图。
图4是示出执行超临界干燥处理的基板处理单元的图。
图5是示出该基板处理装置的动作的流程图。
图6是示出凝固处理的流程图。
图7是示出干燥处理的流程图。
图8A是示意性地示出凝固膜可能产生的问题的图。
图8B系示意性地示出凝固膜可能产生的问题的图。
图8C系示意性地示出凝固膜可能产生的问题的图。
图9是示出凝固处理的其他例的流程图。
图10是示意性地示出该变形例的液膜的状态的图。
具体实施方式
图1A及图1B是示出本发明的基板处理装置的一实施方式的概略结构的图。更具体而言，图1A是示出本发明的一实施方式的基板处理装置1的俯视图，图1B是示出基板处理装置1的侧视图。此外，这些图并非示出装置的外观，而是示出通过将装置的外壁面板或其他一部分结构除外以便于知晓其内部结构的示意图。该基板处理装置1是用于设置于例如清洁室内并对基板实施规定的处理的装置。
在此，作为本实施方式中的“基板”，能够应用半导体基板、光掩膜用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板、等离子体显示用玻璃基板、FED(Field Emission Display：场效发射示出器)用基板、光盘用基板、磁盘用基板、及光磁盘用基板等各种基板。以下，参照附图主要采取用于半导体基板的处理的基板处理装置为例进行说明。然而，也可同样应用于以上例示的各种基板的处理。
如图1A所示，基板处理装置1具有对基板S实施处理的基板处理部10、及与该基板处理部10结合的分度器部20。分度器部20具有容器保持部21和分度器机械手22。容器保持部21能够保持多个用于容纳基板S的容器C。分度器机械手22能够进入保持于该容器保持部21的容器C，将未处理的基板S从容器C取出或将处理完的基板容纳于容器C。作为容器C，能够应用在密闭的状态下容纳多个基板S的FOUP(Front Opening Unified Pod：前开式晶圆传送盒)、SMIF(Standard Mechanical Interface：标准机械接口)盒、OC(Open Cassette：开放式卡匣)等。在各容器C中，多个基板S以大致水平的姿势被容纳。
分度器机械手22具有：基座部221，固定于装置框体；多关节臂222，相对于基座部221可以铅垂轴为中心转动地设置；及手部223，安装于多关节臂222的顶端。手部223成为在其上表面载置并保持基板S的结构。由于具有这种多关节臂及基板保持用的手部的分度器机械手众所周知，因此省略详细的说明。
基板处理部10具有：中心机械手15，在俯视时大致配置于中央；及多个基板处理单元，以包围该中心机械手15的方式配置。具体而言，面向配置有中心机械手15的空间配置有多个(在该例中为4个)基板处理单元11A、12A、13A、14A。所述基板处理单元11A～14A是分别对基板S执行规定的处理。在将所述处理单元设为相同的功能的情况下，能够并行处理多个基板。另外，也能够构成为组合功能不同的处理单元，对1张基板按序执行不同的处理。
如后所述，该实施方式的基板处理装置1用于在通过规定的处理液对基板S进行湿式处理后，使基板S干燥的一系列处理。为了该目的，4个基板处理单元中的2个基板处理单元11A、12A承担对基板S的湿式处理，并在内部具有用于可进行该处理的结构。另外，其他2个基板处理单元13A、14A承担从湿式处理后的基板S去除残存液使基板S干燥的处理(干燥处理)，并于在内部具有用于可进行该处理的结构。
在各基板处理单元11A～14A中，在面向中心机械手15的侧面设置有自由开关的闸门的处理腔室内，容纳有对基板S执行处理的基板处理主体。即，基板处理单元11A具有处理腔室110、及设置于处理腔室110的面向中心机械手15的侧面的闸门111。闸门111以覆盖处理腔室110的设置于面向中心机械手15的侧面的开口部(未图示)的方式设置。若闸门111打开，则开口部露出，从而能够经由该开口部进行基板S的搬入及搬出。另外，在处理腔室110内执行对基板S的处理时，通过关闭闸门111，处理腔室110内的气体环境与外部切断。
同样，基板处理单元12A具有处理腔室120、设置于处理腔室120的面向中心机械手15的侧面的闸门121。另外，基板处理单元13A具有处理腔室130、设置于处理腔室130的面向中心机械手15的侧面的闸门131。另外，基板处理单元14A具有处理腔室140、设置于处理腔室140的面向中心机械手15的侧面的闸门141。
并且，这样沿水平方向配置的基板处理单元的组沿上下方向配置有多层(在该例子中为2层)。即，如图1B所示，在基板处理单元11A的下方设置有基板处理单元11B。基板处理单元11B的结构及功能与基板处理单元11A相同。另外，在基板处理单元12A的下方，设置有与基板处理单元12A相同结构、相同功能的基板处理单元12B。同样，在基板处理单元13A的下部也设置有基板处理单元13B(图2)，另外，在基板处理单元14A的下部也设置有未图示的基板处理单元。此外，基板处理单元的层数是任意的，并不限定于在此例示的2层。另外，每1层的基板处理单元的配设数量也不限定于上述。
图2是示出中心机械手的结构及设置环境的图。中心机械手15能够从分度器机械手22接受未处理的基板S，且能够将处理完的基板S交接至分度器机械手22。更具体而言，中心机械手15具有基台部151、升降基座152、旋转基座153、伸缩臂154、及手部155。基台部151固定于基板处理部10的底部框架，支持中心机械手15的各结构。升降基座152安装于基台部151，并在升降基座152的上部安装有旋转基座153。升降基座152沿铅垂方向自由伸缩，通过该伸缩运动使旋转基座153升降。
旋转基座153相对于升降基座152可以铅垂轴为中心转动。在旋转基座153上安装有伸缩臂154的基部，在伸缩臂154的顶端部安装有手部155。伸缩臂154沿水平方向在规定的范围内伸缩。手部155为如下结构：能够在其上表面载置并保持基板S，而且，能够在与分度器机械手22的手部223之间进行基板S的交接。由于这种结构的手部机构众所周知，因此省略详细的说明。
通过伸缩臂154沿水平方向伸缩，能够使保持于手部155的基板S沿水平移动。另外，通过旋转基座153相对于升降基座152转动，能够规定基板S的水平移动的方向。另外，通过升降基座152使旋转基座153升降，能够调整基板S的高度，即铅垂方向位置。
在上述那样构成的基板处理装置1中，以如下方式执行对基板S的处理。在初始状态下，在载置于容器保持部21的容器C中容纳有未处理的基板S。分度器机械手22从容器C取出1张未处理基板S并交接至中心机械手15。中心机械手15将接受的基板S搬入对该基板S执行处理的基板处理单元。
例如，在向基板处理单元11A搬入基板S的情况下，如图2所示，中心机械手15通过升降基座152调整旋转基座153的高度，并将保持于手部155的基板S定位于基板处理单元11A的处理腔室110侧面的闸门111的高度。打开闸门111，伸缩臂154向处理腔室110侧面的开口部伸长，从而向处理腔室110搬入基板S。在伸缩臂154退避之后，关闭闸门111，在处理腔室110内执行对基板S的处理。也可同样进行基板S向其他基板处理单元的搬入。
另一方面，在从基板处理单元11A取出处理完的基板S时，伸缩臂154进入打开了闸门111的处理腔室110并取出处理完的基板S。对于取出的基板S，可以搬入其他基板处理单元来执行新的处理，也可以经由分度器机械手22返回至容器C。对该实施方式的具体的处理顺序，在后面详细说明。
如图2所示，中心机械手15设置于侧方及上方通过分隔壁101与外部空间隔开的搬运空间TS。基板处理单元11A使处理腔室110的设置有闸门111的侧面面向搬运空间TS，安装于分隔壁101的侧部。其他基板处理单元也同样。
除上述以外，在基板处理装置1中设置有用于控制装置各部的动作的控制单元90。控制单元90至少包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)91、以及存储器92。CPU91通过执行预先准备的控制程序，使装置各部执行规定的动作。另外，存储器92存储CPU91应执行的控制程序、通过该执行而产生的数据等。上述的分度器机械手22及中心机械手15的动作、各处理腔室的闸门的开关、对基板S的各种处理等相关的动作通过执行控制程序的CPU91来控制。
图3A至图3C是示出执行湿式处理的基板处理单元的图。更具体而言，图3A是示出基板处理单元11A的结构的图，图3B及图3C是用于说明基板处理单元11A的动作的图。此处对基板处理单元11A的结构进行说明，执行湿式处理的其他基板处理单元11B、12A等的结构也基本相同。
基板处理单元11A在处理腔室110内具有作为基板处理主体的湿式处理部30。湿式处理部30向基板S的上表面供给处理液来进行基板S的表面处理或清洗等。另外，为便于进行湿式处理后的基板S的搬运，使湿式处理部30一并执行凝固处理。凝固处理是通过以液膜覆盖基板S的上表面来使其凝固，以凝固膜覆盖基板S的上表面的处理。
为了该目的，湿式处理部30具有基板保持部31、防溅板32、处理液供给部33、凝固液供给部35及冷却气体供给部34。所述动作通过控制单元90控制。基板保持部31包括具有与基板S大致相同的直径的圆板状的旋转卡盘311，在旋转卡盘311的周缘部设置有多个卡盘销312。通过卡盘销312与基板S的周缘部抵接来支持基板S，旋转卡盘311能够在使基板S与其上表面分离的状态下将基板S保持为水平姿势。
旋转卡盘311被从其下表面中央部向下延伸的旋转支撑轴313支撑为上表面成为水平。旋转支撑轴313被安装于处理腔室110的底部的旋转机构314支撑为能够自由旋转。旋转机构314内置有未图示的旋转马达。旋转马达根据来自控制单元90的控制指令旋转，从而与旋转支撑轴313直接连接的旋转卡盘311以点划线所示的铅垂轴为中心旋转。在图3A中，上下方向为铅垂方向。由此，基板S以水平姿势的状态以铅垂轴为中心旋转。
以从侧方包围基板保持部31的方式，设置有防溅板32。防溅板32具有：大致筒状的杯321，以覆盖旋转卡盘311的周缘部的方式设置；及收液部322，设置于杯321的外周部的下方。杯321根据来自控制单元90的控制指令而升降。杯321在图3A所示的杯321的上端部下降至保持于旋转卡盘311的基板S的周缘部的下方的下方位置、和图3B所示的杯321的上端部位于基板S的周缘部的上方的上方位置之间进行升降移动。
在杯321位于下方位置时，如图3A所示，保持于旋转卡盘311的基板S成为露出至杯321外的状态。因此，例如防止在相对于旋转卡盘311的搬入及搬出基板S时杯321成为障碍。
另外，在杯321位于上方位置时，如图3B所示，包围保持于旋转卡盘311的基板S的周缘部。由此，能够防止在后述的液体供给时从基板S的周缘部甩出的处理液飞散至腔室110内，并能够可靠地回收处理液。即，通过基板S旋转而从基板S的周缘部甩出的处理液的液滴附着于杯321的内壁并向下方流下，通过配置于杯321的下方的收液部322汇集回收。为了分别单独地回收多种处理液，也可以将多个层的杯同心地设置。
处理液供给部33具有如下结构：在从相对于固定于处理腔室110的基座331能够自由转的地设置的转动支撑轴332水平地延伸的臂333的顶端，安装有喷嘴334。转动支撑轴332根据来自控制单元90的控制指令转动，从而臂333摇动，臂333顶端的喷嘴334在从图3A所示的基板S的上方向侧方退避的退避位置、和图3B所示的基板S上方的处理位置之间移动。
喷嘴334与设置于控制单元90的处理液供给源(省略图示)连接。若从处理液供给源送出适当的处理液，则从喷嘴334向基板S喷出处理液。如图3B所示，一边通过旋转卡盘311以较低的速度旋转而使基板S旋转，一边从定位于基板S的旋转中心的上方的喷嘴334供给处理液Lq，由此，基板S的上表面Sa通过处理液Lq处理。作为处理液Lq，可使用显影液、蚀刻液、清洗液、冲洗液等具有各种功能的液体，该组成是任意的。还可以组合多种处理液来执行处理。
凝固液供给部35具有与处理液供给部33对应的结构。即，凝固液供给部35具有基座351、转动支撑轴352、臂353、及喷嘴354等。所述结构与处理液供给部33中对应的构件一样。转动支撑轴352根据来自控制单元90的控制指令转动，从而使臂353摇动。臂353顶端的喷嘴354对湿式处理后的基板S的上表面Sa供给用于形成凝固膜的凝固液。
通过将上述图3B的说明中的“处理液Lq”、“臂333”、“喷嘴334”分别替换为“凝固液Lq”、“臂333”、“喷嘴354”，来说明凝固液供给部35的动作。其中，凝固液与上述处理液不同，该凝固液在液体的状态下供给至基板S的上表面Sa之后，凝固而成为固体。
成为处理对象的基板上表面Sa形成有微细的凹凸图案(以下，简称为“图案”)者。此时，在湿式处理后的湿的基板S干燥的过程中，因进入图案内的液体的表面张力，而可能产生图案崩塌。作为用于防止该图案崩塌的方法，有将图案内的液体置换为表面张力更低的液体后使其干燥的方法、使以升华性物质的固体覆盖基板上表面Sa并使升华性物质升华的升华干燥法、及本实施方式采用的超临界干燥法等。
为了进行需要高温、高压状态的超临界干燥处理，需要与进行湿式处理的腔室不同的高压腔室。因此，产生将湿式处理后的基板S向高压腔室搬运的需要。为了避免因搬运中的图案的露出所导致的崩塌，期望以液体或固体覆盖基板上表面Sa。此处，以液膜覆盖基板S的状态下的搬运需要特别考虑承载液膜的基板S的处理。另外，由于搬运中的落液，存在图案露出或液体在装置内飞散的可能性。若鉴于这些方面，优选以固体覆盖基板上表面Sa的状态进行搬运。
因此，在该实施方式中，在以凝固膜覆盖基板上表面Sa的状态下进行搬运。凝固膜以如下方式形成。如图3B所示，在基板S以规定的转速旋转的状态下，从喷嘴354供给凝固液Lq，由此，基板上表面Sa成为被凝固液的液膜LF覆盖的状态。作为凝固液，期望为与湿式处理所使用的处理液的混合性良好，表面张力小于处理液，且凝固点接近于室温的凝固液。例如，在处理液以水作为主要成分时，可优选利用异丙醇(IPA：Isopropyl alcohol)。
在这样在基板上表面Sa形成液膜LF时，如图3C所示，取代喷嘴354，将冷却气体供给部34的喷嘴344定位于基板S的旋转中心上方。冷却气体供给部34具有在从相对于固定于处理腔室110的基座341自由旋转地设置的转动支撑轴342水平地延伸的臂343的顶端安装有喷嘴344的构造。与处理液供给部33同样，转动支撑轴342根据来自控制单元90的控制指令转动，从而使臂343摇动。这样，臂343的顶端的喷嘴344在从基板S的上方向侧方退避的退避位置与基板S的上方的处理位置之间移动。
喷嘴344与设置于控制单元90的冷却气体供给源(省略图示)连接。从冷却气体供给源供给的比构成液膜LF的凝固液的凝固点低的温度的冷却气体G从喷嘴344向基板S喷出。由此，基板S上的液膜LF从其表面侧被冷却。如图3C所示，向形成有液膜LF的基板上表面Sa喷出低温的冷却气体G的喷嘴344向基板S的外周部扫描移动。这样一来，基板上表面Sa的液膜LF从中心部依次凝固，最终，基板上表面Sa的液膜LF整体转换为凝固液凝固而成的凝固膜FF。
此处，在本实施方式中无需液膜LF的整体凝固，只要液膜LF的表面附近凝固足以。即，只要液膜LF的表面整体凝固至对搬运无障碍的程度，即不会因搬运时的振动等变形的程度即可。例如，在凝固膜FF与基板S之间，液膜LF也可以维持为液状。因无需进行整体的凝固，从而能够降低用于凝固的消耗能量及处理时间。
此外，由凝固膜覆盖基板S的处理不限定于上述冷却液膜LF的方法。例如，也可以为将具有高于室温的凝固点且加温至凝固点以上的状态的液体供给至基板S，通过自然冷却使其固化的方法。另外，也可以为使具有高于室温的凝固点的物质溶解于适当的溶媒的溶液供给至基板S，并使溶媒挥发而固化的方法。作为该方法，能够将例如使作为固化物质的叔丁醇(TBA：Tertiary butyl alcohol)溶解于作为溶媒的IPA的溶液用作凝固液。
TBA的熔点(凝固点)大致为室温(25.5℃)。若通过在IPA溶媒中溶解了TBA的溶液将液膜形成于基板S，则随着表面的IPA溶媒蒸发，从液膜的表面附近形成凝固膜。由此，能够实现在基板S与凝固膜FF之间维持有液状的溶液的层的状态。
如此，在以上表面Sa由凝固膜FF覆盖的状态下搬出的基板S被搬运至基板处理单元13A来接受干燥处理。即，基板处理单元13A具有执行去除形成于以水平姿势被搬入的基板S的上表面Sa的凝固膜FF，并使基板S干燥的干燥处理作为基板处理的功能。作为干燥处理，应用由超临界流体覆盖基板S后使超临界流体(不会经由液相)气化并去除的超临界干燥。此处对基板处理单元13A的结构进行说明，执行干燥处理的其他基板处理单元13B、14A等的结构也基本相同。
图4是示出执行超临界干燥处理的基板处理单元的图。更具体而言，图4是示出基板处理单元13A的内部结构的侧面剖视图。因超临界干燥处理的原理及其所需的基本结构众所周知，因此，此处省略详细的说明。基板处理单元13A具有高压腔室130，且在其内部设置有作为干燥处理的执行主体的干燥处理部40。在干燥处理部40中，用于载置基板S的平台41设置于高压腔室130内。平台41通过吸着保持或机械保持，来保持上表面Sa由凝固膜覆盖的基板S。因高压腔室130成为高压，因此，为了耐高压而使内部结构较简单，另外，使用可耐高压的构件。
在平台41的下表面中央，旋转支撑轴42向下延伸。旋转支撑轴42经由高压密封旋转导入机构43插通高压腔室130的底面。高压密封旋转导入机构43的旋转轴431与旋转机构432连接。因此，若旋转机构432根据来自控制单元90的控制指令动作，则基板S与平台41一起以点划线所示的铅垂方向的旋转轴为中心旋转。
在高压腔室130的内部，在平台41的上方设置有流体分散构件44。流体分散构件44设置有多个相对于平板状的堵塞板441上下贯通的贯通孔442。根据需要从二氧化碳供给部45向高压腔室130的上部供给二氧化碳气体。二氧化碳气体通过流体分散构件44整流，并从基板S的上方均匀地向基板S供给。
另外，根据需要从氮供给部46向高压腔室130内导入氮。根据需要以各种形态供给氮。即，根据清除高压腔室130内的气体或对腔室内进行冷却的目的，作为常温或升温后的气体或作为冷却而液化的液体氮供给至高压腔室130内。
另外，根据需要从溶解液供给部47向高压腔室130内供给溶解液。溶解液为用于溶解凝固膜FF的液体，供给至于在形成有凝固膜FF的状态下搬入的基板S的上表面Sa。作为溶解液，可使用具有对构成凝固膜FF的液体即凝固液的混合性，更优选为表面张力与凝固液同等或更低的液体。例如在凝固液为包括IPA的情况下，作为溶解液可使用IPA、丙酮等有机溶剂、或可溶IPA的超临界流体例如超临界二氧化碳。
此外，如后所述，在该实施方式中，因将导入高压腔室130内的二氧化碳气体加压而液化进而进行超临界流体化，因此，在使用其作为溶解液的情况下，无需另外设置溶解液供给部47。
而且，高压腔室130连接有排出机构48。排出机构48具有根据需要排出导入高压腔室130内的气体或液体等各种流体的功能。排出机构48具有为其所设置的配管、喷嘴、泵等。由此，在需要的情况下能够快速地排出高压腔室130内的流体。
虽省略图标，但控制单元90具有用于检测高压腔室130内的压力或温度的结构及用于将它们控制为规定值的结构。即，控制单元90具有将高压腔室130内的压力及温度控制为规定的目标值的功能。
其次，对上述那样构成的基板处理装置1的动作进行说明。如至此说明那样，该基板处理装置1是对基板S按序执行湿式处理及干燥处理的装置。该处理的主要流程如下所述。即，在向执行湿式处理的基板处理单元搬运基板S进行处理液的处理之后，形成凝固液的凝固膜，向执行干燥处理的基板处理单元搬运该基板S并去除凝固膜，使基板S干燥。以下，对其具体的处理内容进行说明。
在此，说明针对1张基板S，基板处理单元11A执行湿式处理，基板处理单元13A执行干燥处理。然而，执行湿式处理的基板处理单元与执行干燥处理的基板处理单元的组合是任意的，并非限定于此。另外，在以下的说明中，为明示各基板处理单元的作用，将执行湿式处理的基板处理单元11A等称为“湿式处理单元”。另外，将执行干燥处理的基板处理单元13A等称为“干燥处理单元”。
图5是示出该基板处理装置的动作的流程图。该动作通过CPU91执行预先准备的控制程序使装置各部进行规定的动作而实现。首先，分度器机械手22从容纳未处理基板的容器C中的一个取出1张未处理基板S(步骤S101)。然后，基板S从分度器机械手22被交接至中心机械手15(步骤S102)。中心机械手15向执行湿式处理的基板处理单元(湿式处理单元)11A搬入基板S(步骤S103)。
搬入基板S的基板处理单元11A对基板S执行湿式处理(步骤S104)。如先前说明那样，湿式处理的内容为向基板S供给处理液来进行基板上表面Sa的加工、清洗。对湿式处理后的基板S，执行用于形成凝固膜FF的凝固处理(步骤S105)。
图6是示出凝固处理的流程图。在凝固处理中，从配置于基板S的旋转中心上方的凝固液供给部35的喷嘴354向湿式处理后的基板上表面Sa供给例如IPA那样的有机溶剂作为凝固液。由此，残留于基板上表面Sa的处理液被凝固液置换，从而在基板上表面Sa形成凝固液的液膜LF(步骤S201)。接着，通过喷出冷却气体的喷嘴344沿基板上表面Sa扫描移动，液膜LF被冷却而凝固，从而形成凝固膜FF(步骤S202)。
返回图5，通过凝固处理在上表面Sa形成有凝固膜FF的基板S通过中心机械手15从基板处理单元11A被取出(步骤S106)。然后，向执行干燥处理的基板处理单元(干燥处理单元)13A搬入基板S(步骤S107)。
搬入基板S的基板处理单元13A对基板S执行干燥处理。即，去除附着于基板S的液体使基板S干燥(步骤S108)。针对干燥处理的内容在后面进行说明。处理后的基板S通过中心机械手15从基板处理单元13A被取出(步骤S109)。取出的处理后的基板S从中心机械手15向分度器机械手22交接(步骤S110)。分度器机械手22将基板S向容器C中的一个容纳(步骤S111)。容纳处理完的基板S的容器C可以为容纳有未处理状态的该基板S的容器，也可以为其他容器。
而且，在有应处理的基板的情况下(在步骤S112中为是)，返回步骤S101，对后续的基板S执行上述处理，在没有应处理的基板的情况下(在步骤S112中为否)，则处理结束。
以上，对处理1张基板S的情况的流程进行了说明，在实际的装置中并行执行对多个基板的处理。即，在1张基板S在1个基板处理单元内接受处理的期间，可同时并行执行分度器机械手22及中心机械手15的其他基板的搬运、以及其他基板处理单元的基板处理中的至少1个。
更具体而言，例如在步骤S102中基板S从分度器机械手22被交接至中心机械手15之后，分度器机械手22可进入新的容器C并取出其他基板。另外，例如在步骤S103中，将1张基板S搬入基板处理单元11A之后，中心机械手15能够将其他基板搬入其他基板处理单元、或搬出由其他基板处理单元处理的其他基板。
因此，在需要对多个基板S按序进行处理的情况下，通过适当调节用于处理各基板S的装置各部的动作顺序，并行进行对多个基板的处理。这样一来，能够使作为基板处理装置1整体的处理能力。具体的动作顺序需要根据处理的规格、上述各步骤的所需时间或可否同时处理等适当设定。
图7是示出干燥处理的流程图。基板处理单元(干燥处理单元)13A接受上表面Sa由凝固膜FF覆盖的状态的基板S并执行干燥处理。如上所述，此处进行使用超临界流体的超临界干燥处理。更具体而言，首先溶解液供给部47向基板上表面Sa供给溶解液，由此使凝固膜FF溶解(步骤S301)。
在溶解液为与构成凝固膜FF的物质相同的情况下，基板上表面Sa返回至从湿式处理单元11A搬出之前的状态，即上表面Sa由凝固液的液膜LF覆盖的状态。例如，凝固膜FF通过IPA形成，溶解液也是IPA的情况与此符合。
另一方面，在溶解液为与凝固膜的材料不同而将其溶解的性质的液体的情况下，基板上表面Sa由凝固液与溶解液的混合液的液膜覆盖。进而通过供给溶解液，可通过溶解液置换残存于基板上表面Sa的凝固液。
然后，若通过基板S的旋转甩开液膜(步骤S302)，则去除基板上表面Sa的溶解液的大部分，但成为溶解液残存于图案内的状态。甩开的液体通过排出机构48排出。在该状态下从二氧化碳供给部45将二氧化碳导入高压腔室130内。
将二氧化碳气体供给至高压腔室130而充分提高腔室内压，由此，可以将二氧化碳液化。另外，也可将液状的二氧化碳导入高压腔室130。液状的二氧化碳覆盖基板上表面Sa。液化的二氧化碳良好地溶解有机溶剂。因此，残存于图案内的IPA等的溶解液被液状的二氧化碳置换(步骤S303)。
此外，于使用液状的二氧化碳作为溶解液的情况下，步骤S303中的二氧化碳的供给具有准备用于后续创造超临界状态而非用于置换的意义。
接着，将高压腔室130内的温度及压力调整为将二氧化碳设为超临界状态的条件。由此，高压腔室130内的二氧化碳成为超临界流体(步骤S304)。超临界状态的流体的流动性极高且表面张力极小。尤其由二氧化碳生成的超临界流体良好地溶解IPA、丙酮等有机溶剂。因此，二氧化碳的超临界流体进入至微细的图案的深处，将残存的有机溶剂成分从图案内运走。在较低压、低温下成为超临界状态这一点也是二氧化碳适合超临界干燥处理的理由之一。
然后，高压腔室130内急剧减压(步骤S305)。由此，超临界流体未经过液相而直接气化并从基板S去除。由此，基板S完全去除液体成分而成为干燥的状态。残存于图案内的液体成分被超临界流体置换，超临界流体直接气化，由此，避免因图案内的流体的表面张力所导致的图案崩塌的问题。
这样，残存于图案内的液体最终被超临界流体置换。因此，可以说在搬运时形成的凝固膜FF并非必须由低表面张力物质构成。例如，即使由以水为主成分的液体形成凝固膜FF，也可获得上述搬运时的优点。然而，因水对液状或超临界状态的二氧化碳的溶解度较低，因此，从有效地进行置换的观点触发不优选。示出对二氧化碳较高的溶解度的为IPA、丙酮等有机溶剂，这些物质通常表面张力比水低。另外，从处理的性质考虑，明确关于凝固液及溶解液，表面张力较低者有利。
如上所述，在该实施方式中，在湿式处理单元11A中以液膜覆盖基板S的上表面Sa并凝固，直接以凝固状态搬运。由此，相比液状的搬运，提高了便利性，避免因搬运中的落液所导致的基板上表面Sa的露出等。另一方面，在接收该基板S的干燥处理单元13A中，在暂时溶解凝固膜之后，最终通过超临界流体置换，从而使基板S干燥，而未使液体成分残存且未产生图案崩塌。
这样，在本实施方式中，通过在基板上形成有凝固膜的状态下搬运并去除凝固膜，使基板干燥。可以说这种处理内容与通过使由升华性物质形成的凝固膜升华而去除的现有技术即升华干燥处理类似。然而，在本实施方式中，采用在溶解凝固膜而返回液状之后，进行基于超临界流体的置换及干燥的过程。这也是考虑以下情况，而非单纯便于搬运。
图8A至图8C是示意性地示出凝固膜可能产生的问题的图。如图8A所示，在基板S的上表面Sa，微细的图案PT相互接近且形成多个，在湿式处理后它们被凝固液的液膜LF覆盖。在此，将相邻的图案PT间的间隔称为间隙尺寸GS。通过向液膜LF供给比其凝固点低的温度的冷却气体，将液膜LF凝固。其中，若间隙尺寸GS微小，则会产生以下问题。
在进入微小的空间的液体中，有凝固点急剧下降的现象。例如，在水的情况下，如图8B所示，在充分宽(间隙尺寸GS大)的空间内，水的凝固点为0℃。然而，例如在100nm以下的窄的间隙内，凝固点逐渐下降，例如若间隙尺寸GS为1nm左右，则凝固点下降至(-50)℃左右。可知作为液膜材料，即使为一般利用的IPA，也有同样的倾向。
在想要使以水为主成分的液膜凝固的情况下，使用与自由空间的凝固点(0℃)相比足够低温的冷却气体。作为该温度Tg，认为例如(-5)℃至(-20)℃左右是现实的。然而，图8B示出若间隙尺寸成为纳米的级别，则在该温度Tg下无法使间隙内的液体凝固的情况。
其结果，如图8C所示，即使液膜LF的表面通过冷却而转换为凝固膜FF，也有根据冷却温度及时间，在图案的深部直接成为液体状态的可能性。若在升华干燥处理中产生这种现象，则通过从液相向气相的相变化进行干燥，而非期待的从固相向气相的相变化。这样一来，无法达到防止因液体的表面张力所导致的图案崩塌的目的。
在本实施方式中，因使凝固膜溶解后置换为超临界流体并去除，因此，不会产生这种问题。即，在本实施方式中，以形成有凝固膜的状态搬运，在搬运后使凝固膜溶解后进行超临界干燥处理。这种处理除单纯便于搬运外，也实现了即便为特别微细的图案仍可靠地防止其崩塌的目的。
换言之，在该实施方式的处理中，为便于搬运，只要将凝固膜凝固为表面不流动的程度即可，无需完全凝固至图案的深处。这意味着冷却液膜LF时的温度及处理时间中的条件比使液膜完全凝固的情况缓和。因此，能够使冷却所需的能量减少，并且能够缩短冷却时间。另外，从液膜的表层凝固而深部也可为液状的观点触发，以下的变形例也可成立。
图9是示出凝固处理的其他例的流程图。另外，图10是示意性地示出该变形例的液膜的状态的图。图9所示的处理是作为应用于图5的步骤S105的处理，可取代图6的凝固处理来执行。在该变形例中，在形成凝固膜时，首先形成用于以液体充满图案内的填充用液膜F1(步骤S401)。填充用液膜F1以填充于图案内为目的，根据上述理由，无需进行凝固。因此，未限制其凝固点，只要选择表面张力足够小的物质即可。也可特意选择在冷却温度下不凝固的材料。另外，液膜F1的厚度只要与图案PT的高度为相同程度即可。
其次，以覆盖填充用液膜F1的方式形成凝固液的凝固用液膜F2(步骤S402)。针对凝固用液膜F2，不受表面张力制约，可选择使用容易凝固的材料。填充用液膜F1与凝固用液膜F2也可以不混合。向这样形成的液膜F1、F2供给冷却气体，使凝固用液膜F2凝固(步骤S403)。
在此，若例如构成填充用液膜F1的液体的凝固点为室温以下，构成凝固用液膜F2的液体的凝固点为室温以上，则不特别进行冷却也可使凝固用液膜F2凝固。但是，构成凝固用液膜F2的液体需要在供给至基板S的时刻为液体，例如只要在加热至比凝固点稍高的温度的状态下供给即可。
在该变形例中，与上述实施方式同样，可获得通过使凝固用液膜F2凝固而提高搬运时的便利性的优点。另外，可通过将冷却温度设定为比以往高来实现消耗能量的减少。另一方面，因填充用液膜F1为未完全凝固的液状，因此，搬运后的去除较容易。并且，以液膜覆盖的搬运中的图案保护作用也足够发挥作用。另外，液膜形成材料的选择的自由度也变高。
另外，在本实施方式与现有技术即升华干燥处理的对比中，也有以下的差异。在现有技术中覆盖基板的凝固膜通过升华性物质形成。因升华性物质的挥发性较高，因此，在搬运中进行发挥可能会导致基板表面露出。另外，存在挥发的升华性物质飞散并在装置内再析出，成为装置或处理中的基板的污染源的可能性。或者，也可能产生必须采取对策以不使飞散的物质向装置外漏出。另一方面，在本实施方式中，因未对凝固膜要求升华性，因此，产生这种问题的可能性大幅降低。
如上所述，在上述实施方式中，湿式处理单元即基板处理单元11A等作为本发明的“第一处理部”发挥功能，干燥处理单元即基板处理单元13A等作为本发明的“第二处理部”发挥功能。并且，中心机械手15作为本发明的“搬运机构”发挥功能。另外，高压腔室130作为本发明的“腔室”发挥功能，二氧化碳供给部45作为本发明的“流体供给部”发挥功能。
此外，本发明并非限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨，则除上述内容以外可进行各种变更。例如，上述实施方式是将分别相当于本发明的“第一处理部”、“第二处理部”、及“搬运机构”的基板处理单元11A、基板处理单元13A、中心机械手15容纳于1个框体构成一体的处理系统的实施方式。然而，本发明也能够应用于具有相互独立设置的第一处理部及第二处理部、在它们之间搬运基板的搬运机构的处理系统。
另外，上述实施方式所使用的各种化学物质为示出一部分的例子，若与上述本发明的技术思想一致，则可使用各种物质以而取而代之。
另外，在上述实施方式的说明中，说明了进入凹凸图案的深处的液体未凝固的可能性。然而，上述过程自身是不论图案内液体是否完全凝固而成立的。此外，为了使图案内部为液状的状态可靠，只要设定例如冷却气体的温度低于构成液膜的液体的自由空间的凝固点，且高于与处理对象基板的图案具有的间隙尺寸对应的凝固点即可。
另外，本发明的基板处理方法也可作为通过控制具有规定的结构的基板处理装置的计算机执行的控制程序而实施。另外，也可以通过以计算机能够读取的形式非暂时性记录该控制程序的记录媒体，发布本发明的实施方式。
以上，也可以如例示说明具体的实施方式那样，在本发明的基板处理方法中，例如通过冷却液膜的至少表面而形成有凝固膜。在本发明中液膜无需整体凝固，只要凝固至其表面适合搬运的程度即可。因此，冷却液膜的表面及其附近而形成凝固膜的方法在热效率的点而言是有效的。
在此情况下，例如在使基板干燥的步骤中，也可以使用超临界流体使基板干燥。根据这种结构，可以通过表面张力极低的超临界流体置换去除图案内部的残留液体。因此，即使对具有微细的凹凸图案的基板也可良好地干燥。
例如第二处理部具有接受基板的腔室，在腔室内通过液状的低表面张力液置换溶解液之后，可使低表面张力液从超临界流体的状态气化而使基板干燥。此处所述的低表面张力液为表面张力小于溶解液的液体。根据这种构成，因表面张力小于原先的液体经过超临界状态气化使而基板干燥，因此，可有效地抑制液相的存在所到致的图案崩塌。
在所述情况下，作为超临界流体可使用二氧化碳。二氧化碳的超临界条件在成为超临界状态的物质之中较低温、低压。因此，用于实现超临界状态的装置的结构为较小规模的结构即可，因此，可抑制处理成本。另外，因超临界状态的二氧化碳良好地溶解有机溶剂，因此，适于去除残存于基板的有机溶剂成分。
又例如，液膜的至少表面通过冷却而转换为凝固膜，另一方面，也可在凝固膜与基板的间将液膜的一部分维持为液状。在本发明中，凝固膜为了一边保护图案一边提高基板的可搬性而形成，在搬运后凝固膜被溶解。因此，保护图案的液膜也可为液状。通过不使液膜整体凝固，可减少凝固所需的能量及处理时间。
另外，例如液膜除有机溶剂外也可包括有熔点与常温同等或其以上的添加剂。根据这种构成，因通过来自液膜表面的有机溶剂的蒸发而使添加剂凝固而形成凝固膜，因此，能够在通常的使用环境下省略用于冷却的结构及处理。作为这种添加剂适合的物质，可使用例如叔丁醇。此处，“常温”广义是指按日本工业规格规定为“JIS Z8703”的5℃至35℃，更狭义而言是指15℃至25℃。在实际的运用中，可将设置有本发明的基板处理装置的环境中的周围温度视为“常温”。
又例如，液膜所含的有机溶剂及溶解液的至少一者也可为异丙醇或丙酮。所述液体的表面张力小于例如以水为主体的液体，适于本发明的目的。
又例如，作为液膜，也可构成为通过形成填充凹凸图案的内部的填充用液膜、及利用与填充用液膜不同的材料覆盖填充用液膜的凝固用液膜，并冷却至比较构成凝固用液膜的液体的凝固点更低的温度，而使凝固用液膜凝固。根据这种结构，在以填充用液膜填充凸凹图案的内部的状态下，形成对其进行覆盖的凝固膜。由此，能够确保搬运时的便利性，且有效地执行之后的凝固膜去除。另外，能够在填充用液膜与凝固用液膜使用不同的材料，材料选择或处理条件的设定的自由度变高。
在该情况下，例如作为构成填充用液膜的液体可使用其凝固点为常温以下的液体，另外，作为构成凝固用液膜的液体可使用其凝固点为常温以上的液体。根据这种构成，为了在常温程度的使用环境下实现凝固膜与液膜的共存，无需特别的装置或处理。
另外，在本发明的基板处理装置，第二处理部也可具有向凝固膜供给作为溶解液的有机溶剂的溶解液供给部。根据这种结构，能够利用有机溶剂溶解凝固膜，并容易复原至基板由液膜覆盖的状态。
以上，虽沿特定的实施例说明了发明，但该说明并非意欲以限定的意义来解释。参照发明的说明，与本发明的其他实施方式同样，公开的实施方式的各种变形例对于熟悉该技术的人来说是显而易见的。因而，认为权利要求的范围是在不脱离发明的真正范围的范围内包括该变形例或实施方式。
工业上的可利用性
本发明可应用于包括以凝固膜覆盖的状态搬运基板，并在搬运目的地去除凝固膜使基板干燥的过程的基板处理技术整体。尤其适用于具有微细的凹凸图案的基板的处理。
附图标记的说明：
1基板处理装置
11A湿式处理单元、基板处理单元(第一处理部)
13A干燥处理单元、基板处理单元(第二处理部)
15中心机械手(搬运机构)
130：高压腔室(腔室)
FF：凝固膜
LF：液膜
PT：图案(凹凸图案)
S：基板

Claims (19)

1.一种基板处理方法，其中，
具有：
在第一处理部中对在表面形成有凹凸图案的基板实施湿式处理之后，以包括有机溶剂的液膜覆盖所述基板的表面的工序；
使所述液膜的至少表面凝固而形成凝固膜的工序；
将由所述凝固膜覆盖的所述基板向第二处理部搬运的工序；
在所述第二处理部中向所述凝固膜供给溶解液，来溶解所述凝固膜的工序；以及
从所述基板的表面去除所述溶解液而使所述基板干燥的工序。
2.如权利要求1所述的基板处理方法，其中，
所述凝固膜通过冷却所述液膜的至少表面而形成。
3.如权利要求1所述的基板处理方法，其中，
在使所述基板干燥的工序中，使用超临界流体使所述基板干燥。
4.如权利要求1所述的基板处理方法，其中，
所述第二处理部具有接受所述基板的腔室；
在所述腔室内，在通过液状的低表面张力液置换所述溶解液之后，使所述低表面张力液从超临界流体的状态气化而使所述基板干燥。
5.如权利要求3或4所述的基板处理方法，其中，
所述超临界流体为二氧化碳。
6.如权利要求1～4中任一项所述的基板处理方法，其中，
所述液膜的至少表面通过冷却而转换为所述凝固膜，另一方面，在所述凝固膜与所述基板之间，所述液膜的一部分维持为液状。
7.如权利要求1～4中任一项所述的基板处理方法，其中，
所述液膜所包含的所述有机溶剂为异丙醇或丙酮。
8.如权利要求1～4中任一项所述的基板处理方法，其中，
所述液膜除了所述有机溶剂以外，还包括熔点与常温相同或在常温以上的添加剂。
9.如权利要求8所述的基板处理方法，其中，
所述添加剂为叔丁醇。
10.如权利要求1～4中任一项所述的基板处理方法，其中，
所述溶解液为异丙醇或丙酮。
11.如权利要求1～4中任一项所述的基板处理方法，其中，
作为所述液膜，形成填充所述凹凸图案的内部的填充用液膜、以及通过与所述填充用液膜不同的材料覆盖所述填充用液膜的凝固用液膜；
通过冷却至比构成所述凝固用液膜的液体的凝固点更低的温度，使所述凝固用液膜凝固。
12.如权利要求11所述的基板处理方法，其中，
构成所述凝固用液膜的液体的凝固点高于构成所述填充用液膜的液体的凝固点。
13.如权利要求11所述的基板处理方法，其中，
构成所述填充用液膜的液体的凝固点为常温以下，构成所述凝固用液膜的液体的凝固点为常温以上。
14.一种基板处理装置，其中，
具有：
第一处理部，对在表面形成有凹凸图案的基板执行湿式处理、由液膜覆盖所述基板的表面的处理、以及冷却至比构成所述液膜的液体的凝固点更低的温度而使所述液膜凝固以转换为凝固膜的处理；
第二处理部，接受形成有所述凝固膜的所述基板，执行向所述凝固膜供给溶解液而使所述凝固膜溶解的处理、以及从所述基板的表面去除所述溶解液而使所述基板干燥的处理；以及
搬运机构，从所述第一处理部向所述第二处理部搬运形成有所述凝固膜的所述基板。
15.如权利要求14所述的基板处理装置，其中，
所述第一处理部具有：
处理液供给部，将用于所述湿式处理的处理液向所述基板供给；
凝固液供给部，将用于形成所述液膜的凝固液向所述基板供给；以及
冷却气体供给部，将比所述凝固液的凝固点低的温度的冷却气体向所述基板供给，
所述第二处理部具有：
溶解液供给部，将所述溶解液向所述基板供给；以及
流体供给部，供给用于置换所述溶解液的流体。
16.如权利要求15所述的基板处理装置，其中，
所述第二处理部具有容纳所述基板的腔室，所述流体供给部向所述腔室的内部空间供给超临界状态的所述流体。
17.如权利要求15或16所述的基板处理装置，其中，
所述流体为二氧化碳。
18.如权利要求14～16中任一项的基板处理装置，其中
所述溶解液为有机溶剂。
19.如权利要求18所述的基板处理装置，其中，
所述溶解液为异丙醇或丙酮。
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